Nụng sản thực phẩm được xếp vào loại vậy liệu keo xốp mao dẫn. Trong suốt quỏ trỡnh sấy, ẩm bay hơi từ bề mặt, cỏc lỗ mao dẫn và rời khỏi vật liệu do sự chờnh lệch phõn ỏp suất hơi nước giữa bề mặt vật liệu và khụng khớ xung quanh. Tốc độ bay hơi ẩm trong cả quỏ trỡnh diễn ra rất phức tạp. Theo [1] quỏ trỡnh sấy xảy ra theo ba giai đoạn: giai đoạn làm núng vật, giai đoạn sấy tốc độ khụng đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần. Tuy nhiờn giai đoạn thứ nhất thường xẩy ra rất nhanh so với hai giai đoạn kế tiếp nờn trong nhiều trường hợp người ta chia quỏ trỡnh sấy thành hai giai doạn: giai đoạn sấy tốc độ khụng đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần.
Trong thời gian đầu, thủy phần M của VLS giảm theo một đường tuyến tớnh, đú là giai đoạn tốc độ sấy khụng đổi. Sau đú, thủy phần giảm theo đường phi tuyến cho đến khi đạt trạng thỏi cõn bằng tại Mcb thỡ quỏ trỡnh sấy dừng lại, đú là giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Phần ẩm tự do được tỏch ra là MM M cb.Giai đoạn tốc độ sấy khụng đổi xuất hiện khi tốc độ ẩm bay hơi tại bề mặt nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ ẩm chuyển từ trong lũng vật liệu ra bề
46
mặt. Kết thỳc giai đoạn này chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ khụng đổi - ẩm tự to đó bay hết, cũn lại trong VLS là ẩm liờn kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liờn kết lớn hơn so với ẩm tự do và càng tăng khi độ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ khụng đổi và giảm dần theo thời gian.
Trong chế độ sấy theo mẻ thỡ TNS (khụng khớ) thực nhận ẩm của VLS trong buồng sấy và lượng ẩm đú được khử sau khi đi qua dàn lạnh. Năng suất lạnh được tớnh toỏn thiết kế cho dàn lạnh để khử lượng ẩm mà khụng khớ nhận sau khi đi qua buồng sấy. Vỡ tốc độ nhận ẩm của khụng khớ thay đổi theo thời gian, về cuối quỏ trỡnh tốc độ đú giảm nhiều đú, nờn nếu duy trỡ hoạt động của dàn lạnh hay tốc độ tỏch ẩm của dàn lạnh khụng đổi thỡ sẽ xẩy ra hiện tượng mất cõn bằng dũng tuần hoàn ẩm (lượng ẩm thu được trong buồng sấy giảm mà lượng ẩm khử trong dàn lạnh khụng đổi, càng về sau khụng khớ sau khi đi qua dàn lạnh càng bị khụ). Khi khụng khớ bị khụ thỡ dần dần động lực sấy tăng cao, điều này sẽ gõy nứt nẻ trờn bề mặt VLS. Vỡ vậy việc điều chỉnh lại khụng khớ sau khi đi qua dàn là cần thiết nhằm hạn chế hiện tượng trờn, phự hợp với đặc tớnh của quỏ trỡnh sấy theo mẻ.
Với HTS bơm nhiệt hai nhiệt độ sụi, cú thể cú nhiều phương phỏp để điều chỉnh thụng số TNS sau khi đi qua dàn lạnh. Sau đõy là một vài phương phỏp để điều chỉnh thụng số TNS
a) Bypass tỏc nhõn sấy
Trong nhiều HTS việc điều chỉnh độ ẩm của khụng khớ trước khi vào buồng sấy là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Một phương phỏp thường hay được sử dụng là dựng bypass – tỉ lệ phần trăm khụng khớ khụ đi tắt qua dàn bay hơi. Khi tiến hành bypass thỡ khụng khớ tại buồng sấy tại điểm 2 chia làm hai phần, một phần đi qua dàn lạnh để khử ẩm, một phần khụng qua dàn lạnh. Sau đú hai phần này sẽ hũa trộn với nhau tại điểm 5. Sơ đồ tuần hoàn khụng khớ cú bypass cho trong hỡnh 3.10.
47 Không gian sấy
HPE LPE DànNT trong Dàn NT ngoài Bypass 1' 5 4 3 2 Quạt
Hỡnh 3.10. Sơ đồ tuần hoàn khụng khớ cú bypass
Như vậy, sau quỏ trỡnh hũa trộn thỡ độ chứa ẩm của khụng khớ tăng lờn, khụng khớ bớt khụ do chớnh lượng ẩm khụng được khử từ dũng khụng khớ bypass.
2 3 4 5 1' h d (kg/kgkk) = 100% t t t t t t 1 2 3 5 4 2' 1 2'
Hỡnh 3.11. Đồ thị h-d biểu diễn chu trỡnh TNS cú bypass
1-2-3-4: Quỏ trỡnh sấy thường, 1’-2’-3-4-5: Quỏ trỡnh sấy cú bypass
Trờn đồ thị, điểm 5 (điểm khụng khớ hũa trộn giữa khụng khớ bypass và khụng khớ đi qua dàn lạnh) cú độ chứa ẩm lớn hơn điểm 4 (điểm khụng khớ qua dàn lạnh). Điểm 1’ (điểm khụng khớ vào buồng sấy) cú thế sấy nhỏ hơn điểm 1, nờn quỏ trỡnh trao đổi nhiệt ẩm giữa
48
khụng khớ với vật liệu sấy trong quỏ trỡnh này được tiến hành chậm hơn hay chế độ sấy dịu đi. Tuy nhiờn, tỉ lệ khụng khớ này cú cũng ảnh hưởng khỏ lớn đến hiệu quả của HTS.Đối với HTS bơm nhiệt hai nhiệt độ sụi, khụng khớ đi qua lần lươt HPE, LPE cú tỏc dụng thu hồi lượng nhiệt ẩn của khụng khớ ẩm thỡ sự thay đổi lưu lượng của khụng khớ qua dàn bay hơi sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của bơm nhiệt. Theo [16], khi tỉ lệ khụng khớ đi tắt qua dàn bay hơi tăng lờn vượt quỏ mức giới hạn, tổng lượng nhiệt thu hồi tại cỏc dàn bay hơi sẽ bị giảm xuống. Tăng tỉ lệ bypass từng mức một từ 20% đến 40%, lượng nhiệt thu hồi sẽ giảm dao động trong khoảng 0,6 đến 0,8 kW. Một lượng nhỏ hơn của lượng nhiệt thu hồi đồng nghĩa với giảm COP và SMER. SMER cú thể bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố: thứ nhất, cụng nộn cung cấp lượng nhiệt hiện cho dàn ngưng cao làm tăng tiờu thụ năng lượng; thứ hai, khụng khớ chứa nhiều ẩm sẽ làm giảm thế sấy kết quả là lượng ẩm hấp thụ được sẽ kộm đi. Vỡ vậy, dựa trờn cỏc dữ liệu thu được, SMER bị ảnh hưởng tương đối lớn bởi tỉ lệ bypass qua dàn bay hơi. Mặt khỏc, cả sự truyền nhiệt và hệ số trao đổi nhiệt trong dàn bay hơi sau đú sẽ giảm xuống do giảm lưu lượng dũng mụi chất và tốc độ khụng khớ qua dàn bay hơi. Do đú, việc sử dụng bypass cú thể điều chỉnh độ ẩm của khụng khớ nhưng nếu bypass lớn (hơn 20%) sẽ dẫn đến kết quả khụng mong muốn là làm giảm hiệu quả hệ thống.
b) Điều chỉnh hoạt động của cỏc dàn bay hơi và dàn ngưng tụ
Một trong những ưu điểm của HTS bơm nhiệt hai nhiệt độ sụi so với HTS bơm nhiệt cú một nhiệt độ sụi là cú thể tạo được cỏc chu trỡnh lạnh khỏc nhau bằng cỏch lắp thờm van điện từ trước cỏc dàn lạnh và dàn ngưng. Đõy cũng là một phương phỏp để thay đổi nhiệt độ, độ ẩm TNS. Cỏc chu trỡnh lạnh đú là:
- Cả bốn dàn hoạt động: HPE, LPE, dàn ngưng trong và dàn ngưng ngoài. - Ngắt HPE, cho ba dàn cũn lại hoạt động.
- Ngắt HPE và dàn ngưng ngoài, cho hai dàn cũn lại hoạt động. - Ngắt LPE, cho ba dàn cũn lại hoạt động.
- Ngắt LPE và dàn ngưng ngoài, cho hai dàn cũn lại hoạt động. - Ngắt dàn ngưng ngoài, cho ba dàn cũn lại hoạt động.
49
c) Điều chỉnh ỏp suất dàn bay hơi ỏp suất cao
Một phương phỏp khỏc để điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm TNS là điều chỉnh ỏp suất của HPE. Điều này được thực hiện bằng cỏch điều chỉnh độ mở của van tiết lưu để tiết lưu dũng mụi chất xuống HPE và nhờ đú ỏp suất của mụi chất lạnh đầu vào dàn bay hơi được thay đổi. Theo [16] cho thấy rằng khi nhiệt độ bề mặt của dàn bay hơi giảm xuống, độ ẩm tuyệt đối của khụng khớ giảm dần. Sự giảm độ ẩm tuyệt đối của khụng khớ quan trọng hơn sự giảm nhiệt độ khụng khớ vào. Khi nhiệt độ khụng khớ vào thấp, một phần nhỏ của HPE sẽ làm nhiệm vụ làm lạnh khụng khớ xuống tới nhiệt độ điểm sương để LPE cú thể dành nhiều bề mặt trao đổi nhiệt để thu hồi lượng nhiệt ẩn. Bằng cỏch điều chỉnh mức ỏp suất của HPE và do đú kiểm soỏt nhiệt độ bề mặt, chỳng ta cú thể kiểm soỏt quỏ trỡnh khử ẩm mà khụng để xảy ra hiện tượng đúng băng dàn ống. Khả năng cải thiện tới 40% trong tổng lượng nhiệt thu hồi là cú thể. Đồng thời khi điều chỉnh nhiệt độ bề mặt dàn bay hơi ỏp suất cao, cú thể điều chỉnh được lượng nhiệt ẩn trao đổi giữa khụng khớ và mụi chất trong hệ thống. Khi nhiệt độ của mụi chất hạ xuống, gradient nhiệt độ giữa khụng khớ và mụi chất lạnh tăng lờn, dẫn đến sự hấp thụ lượng nhiệt ẩn từ khụng khớ cao hơn khi khụng khớ được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ điểm sương.